2. Инерционная девиация гирокомпасов и способы ее снижения.

Инерционные погрешности гирокомпаса вызываются возмущающими моментами сил инерции, возникающими при ускоренном движении судна. При появлении моментов этих сил ось гирокомпаса выходит из своего положения равновесия и совершает прецессионное движение со скоростью, зависящей от значения момента силы инерции. Инерционная девиация проявляется в форме затухающих колебаний после окончания маневра судна (курсом и/или скоростью).

Образующаяся в результате маневра переменная погрешность называется инерционной погрешностью гирокомпаса. Она свойственна большинству современных гирокомпасов независимо от их конструкции.

Различают инерционную погрешность с выключенным на время маневра успокоителем и инерционную погрешность с включенным успокоителем. Первую иногда называют баллистической погрешностью первого рода, вторую (в частном случае выполнения условия апериодических переходов) — баллистической погрешностью второго рода, или погрешностью ускорения-затухания.

Инерционная девиция I рода.

Если период собственных незатухающих колебаний гирокомпа­са то , у гирокомпаса возникает инерционная девиация первого рода.

В соот­ветствии с физическим смыслом и рис.2.26 формула (2.74) дает значение девиации на момент времени окончания маневра, т.е. мак­симальное значение.

Получим два варианта выражений инерционной девиации I рода:

I Вариант:

II Вариант:

Сформулируем основные осо­бенности инерционной девиации первого рода.

1) Причина появления — из­менение северной составляющей скорости судна в условиях, когда период собственных незатухаю­щих колебаний гирокомпаса не ра­вен периоду М.Шулера.

2) Максимальное значение по времени — в момент завершения маневра.

3) Зависимость от широты ме­ста маневра определяется основ­ной формулой

и состоит в том, что если один и тот же маневр выполняется в различных широтах, то знаки в широте выше и ниже, противоположны (см. рис.2.26), и чем больше широта места маневра отличается от расчетной широты, тем больше значение девиации. Особенно интенсивно она увеличивается, когда > (рис. 2.27).

Представляет интерес следующее. Изменение какого-либо из двух параметров (H или В) чувствительного элемента гирокомпаса соответ­ственно вызвало бы изменение в большую или меньшую сторону зна­чения величины Δα (на рис.2.27 показаны соответствующие значения Δα’ и Δα’’), что было бы равносильно изменению расчетной широты гирокомпаса и имело бы своим следствием перераспределение значе­ний девиации . При девиации уменьшатся в , зато вырастут в и соответственно, наоборот, когда .

Задача выбора оптимального значения расчетной широты могла бы стать актуальной, если бы какие-то достаточно крупные группы судов морского флота закреплялись за относительно узким широтным диапазоном плавания, например на трассе Северного морского пути. В настоящее время такая ситуация пока не имеет места.

Получить в «чистом» виде можно при выключении затухания перед началом маневра.

Предотвратить возникновение можно при выполнении равенст­ва

Инерционная девиция II рода.

Инерционная девиция II рода возникает показаниях гирокомпаса при маневрировании судна вследствие воздействия сил

инерции на гидравлический маятник, выполняющий функции успоко­ителя колебаний чувствительного элемента. Обратимся к рассмотре­нию поведения гиросферы, снабженной успокоителем колебаний в ус­ловиях, когда судно, совершая маневр, получило ускорение , вдоль меридиана (рис.2.28). Предположим, что маневр производится в расчетной широте. В результате появления ускорения к центру G массы гиросферы будет приложена сила инерции . Она создаст момент , направленный в сторону отрицательных значений осиY — Y. В результате этого возникнет инерционная прецессия гиросфе­ры по направлению к западу. Поскольку в расчетной широте выполня­ется условие апериодических переходов, ось ОХ из положения равно­весия, определяемого скоростной девиацией , (позиция 1 на рис.2.29), за время маневра Δt должна была бы сразу переместиться в положение, характеризуемое величиной (точка 2 на рис.2.29). Од­нако этого не произойдет. Дело в том, что сила инерции, действующая на жидкость в успокоителе, вызовет се перетекание в рассматриваемом случае из северного сосуда в южный. Момент L_y2 (см. рис.2.28), создавшийся вследствие образовавше­гося избытка жидкости, имеет противоположное по отношению к мо­ментуот твердого маятника направление. По этой причине за время маневра ось ОХ гиросферы не дойдет до плоскости нового компасного меридианаи к концу маневра окажется в позиции 3

(см. рис.2.29). Таким образом, линия 1 — 3 будет траекторией фактического движе­ния оси ОХ в результате одновременного воздействия двух моментов. В момент когда маневр окончится и ускорение исчезнет, сразу же исчезнет и момент силы инерции . Совсем иначе обстоит дело с моментом от избытка жидкости . Вспомним, что постоянная времени гидравлического маятника имеет довольно боль­шое значение (= 667 с). Это означает, что еще в течение времени, по крайней мере равного , будет существовать, постепенно убывая, избыток жидкости в том же южном сосуде. Вследствие этого и момент L_y2 будет иметь прежний знак, в силу чего ось ОХ гиросферы будет отходить все дальше от нового положения равновесия в ту сторону, где она располагалась до маневра (см. рис.2.29). В точке 4 отклонение достигнет максимального значения, и гирокомпас, совершая обычные затухающие колебания, начнет переходить в новый компасный меридиан. Сформулируем основные особенности инерционной девиации вто­рого рода.

1. Причины появления — наличие невыключенного демфирующего устройства гирокомпаса (гидравлического успокоителя колебаний).

2. Максимальное значение по времени — примерно через = 15 мин после окончания маневра.

3. Зависимость от широты места маневра — знак первого максиму­ма девиации и практически ее величина не зависят от широты места маневра. Максимум девиации всегда направлен в сторону того компас­ного меридиана, который был положением равновесия оси ОХ до нача­ла маневра.

4. Проявление в «чистом» виде имеет место либо в расчетной ши­роте в случае неапериодичсского гирокомпаса, либо в любой широте того диапазона, в котором компас является апериодическим.

5. Предотвратить возникновение можно при использовании на время маневра устройства выключения затухания, т.е. отключив де­мпфирующее устройство (реализация для гирокомпаса «Курс-4» не­возможна, так как в комплекте отсутствует прибор управления выклю­чателем затухания; в гирокомпасе «Курс-5» и «Курс-4М» указанный прибор имеется всегда).

Если по отношению к апериодическому гирокомпасу «Курс-5» ре­комендация об использовании выключателя затухания носит вполне определенный и однозначный характер, а именно: его использование с целью предотвращения появления инерционной девиации второго рода всегда целесообразно, то с неапериодическим гирокомпасом типа «Курс-4М» положение сложнее. Поскольку инерционная девиация первого рода, возникающая у неапериодического гирокомпаса, имеет противоположные знаки в зависимости от того, где расположена широ­та места маневра (выше или ниже , а инерционная девиация второго рода в этом смысле однозначна, оптимальной является следующая рекомендация: если (включая , то использование вы­ключателя затухания целесообразно, так как это приводит к уменьшению суммарной инерционной девиации, если же , то использование выключателя затухания неэффективно.

Суммарная инерционная девиация.

Гирокомпасы, находящиеся в экс­плуатации на судах морского и речного флота, являются неапериодическими и, как правило, не имеют прибора для выключения затухания. Поэтому при маневрировании судна в их показаниях в общем случае возникают одновременно инерционные девиации первого и второго рода. Это означает, что судоводителю приходится иметь дело с суммарной инерционной девиацией , которая может накапливаться при повторном маневрировании. Получение достоверных таблиц или графиков суммарной инерционной девиации пред­ставляет значительные трудности, да и их применение по ряду причин совер­шенно не оправдано.

Для уменьшения влияния суммарной инерционной девиации на точность судовождения можно рекомендовать судоводителям вычислять перед манев­ром изменение меридиональной составляющей скорости судна по формуле:

где , ,,-значения скорости и курса судна соответственно после и до маневра.

Если — 5 -7 уз, то суммарная девиация ГК незначительна и мо­жет не приниматься в расчет. Если >7 уз или предварительная оцен­ка значения не производилась, то в течение 1,5—2 ч после маневра определение места судна следует выполнять способами, не связанными с пе­ленгованием.При отсутствии такой возможности надо использовать не менее трех пеленгов, взятых в течение короткого промежутка времени, чтобы все пеленги содержали одну и ту же погрешность, которую затем исключить из­вестными в навигации способами.